«Тайна» дефекта 69
П.С.ИВАНОВ, зам. начальника НИЦ-ПУТЬ Горьковской дороги, канд. техн. наук
Высоко оценивая публикации В.С.Лысюка в журнале «Путь и путевое хозяйство» под общим названием «Управлять надежностью бесстыкового пути», хочу высказать несогласие с некоторыми его утверждениями, касающимися изломов рельсовых плетей по дефекту 69, который в соответствии с НТД/ЦП—93 классифицируется как коррозия подошвы рельса и коррозионно-усталостные трещины. Так, в № 7 за 1998 г. отмечено, что такие изломы в последние годы стали неожиданными. Это неверно. Изломы по дефекту 69 начались на сети дорог СССР с 1970 г. и они характерны для бесстыкового пути с железобетонными шпалами. «Неожиданным» оказалось лишь то, что не установили первопричину дефекта, откуда последовала его неправильная классификация.
Далее. Статистика изломов плетей изложена верно, но недостаточно полно. Действительно, изломы по дефекту 69 происходят только на шпале, над подрельсовой прокладкой. Но само сечение излома располагается, как правило, на «входе» в клеммы, на «выходе» из клемм или иногда по их сечению. Следовательно, клеммы скрепления КБ-65 служат концентраторами напряжений и способствуют развитию дополнительных касательных напряжений при крутильных колебаниях и деформациях плети под поездной нагрузкой. При костыльном скреплении на звеньевом пути концентраторов нет. Костыли при крутильных колебаниях и деформациях рельса надцергиваются, и перегрузки его сечений не возникает, поэтому дефектов 69 не бывает.
Я согласен с тем, что дефекты 69 возникают при хорошем и отличном состоянии пути. Но они наблюдаются также на пути с расстройствами и выплесками, которые, конечно же, способствуют изломам. Излом плетей нельзя объяснить изгибными поездными напряжениями в подошве рельса, и Василий Сидорович прав, говоря, что эти напряжения не являются первопричиной излома.
Неверен его вывод о том, что рельсы чаще повреждаются на участках, где осевые нагрузки намного ниже максимальных. В качестве примера приводится линия Москва— Санкт-Петербург, где мало кривых, а нагруженность пути определяется в основном пассажирскими поездами. Однако статистика изломов рельсовых плетей на Горьковской дороге говорит о противоположном: больше всего изломов на направлении с явно выраженным движением грузовых поездов с максимальными осевыми нагрузками. При этом изломы плетей по дефекту 69 происходят под грузовыми поездами.
Пример линии Москва—Санкт-Петербург не убедителен. Прежде всего потому, что эта линия совмещенного движения пассажирских и грузовых поездов. Количество изломов здесь невелико. В 1996 г. там было 4 излома плетей по 69 дефекту, в 1997 г. — 3, в 1998 — 1. Можно предположить, что за счет повышения качества сборки рельсошпальной решетки, использования подрельсовых прокладок с рифлением под подошвой рельса, улучшения текущего содержания пути, снижения числа ползунов на колесах подвижного состава в ближайшие годы Октябрьской дороге удастся полностью избавиться от дефекта 69.
Не точно утверждение, что изломы случаются после пропуска более 300 млн. т груза. Правильнее сказать, что наибольшее количество изломов происходит после пропуска 300 млн. т. «Разброс» значений по пропущенному тоннажу колеблется от нескольких десятков миллионов до миллиарда тонн. В то же время в упомянутой статье правильно отмечено, что во всех случаях очаг зарождения дефекта 69 расположен не у кромок подошвы, где возникают наибольшие изгибные напряжения, а в ее средней части. Убедительно доказано также, что кромочные растягивающие напряжения в подошве рельса в местах без выплесков в 4 раза ниже, а в зоне с высохшим выплеском в 2 раза ниже допускаемых. Следовательно, по моему мнению, даже выплеск не служит главной причиной усталостного излома рельсовой плети по дефекту 69.
На самом деле, иногда усталостная трещина в сечении излома настолько мала (5*3 мм), что она не может быть причиной излома. Ну, а чем же тогда объяснить излом плети по дефекту 79, когда усталостная трещина в сечении излома вообще не просматривается?
Не понятен пример Забайкальской, Красноярской и других дорог, где нет дефектов 69. Там до последнего времени не было бесстыкового пути. В настоящее время такой путь укладывают на всей территории России с некоторыми ограничениями в кривых и на пучинистых местах. Если же на Западно-Сибирской, Красноярской, Восточно-Сибирской, Забайкальской и Дальневосточной дорогах станут собирать и укладывать такую же низкокачественную рельсошпальную решетку, как на Московской, Октябрьской, Горьковской и Северной, то изломы плетей по дефекту 69 начнутся и там. Вот почему крайне важно раскрыть природу дефекта 69, выяснить его первопричину и разработать комплекс мер, направленных на его устранение.
Таким образом, В.С.Лысюк делает вывод о том, что ни поездные изгибные напряжения в подошве рельса, ни температурные растягивающие напряжения не могут без «посторонней помощи» привести к излому рельса. На мой взгляд, это верно. Однако напряженно-деформированное состояние рельсовой плети нельзя сводить только к этим напряжениям. Недостаток анализа, сделанного В.СЛысюком, заключается в том, что не рассмотрено действие касательных напряжений, возникающих в плети при крутильных колебаниях и деформациях рельса под поездной нагрузкой.
Крутящий момент и касательные напряжения появляются под поездами в рельсошпальной решетке с железобетонными шпалами, имеющими сверхдопустимые отклонения в линейных размерах, определяющих ширину колеи. Касательные напряжения могут на порядок превышать изгибные и именно они служат первопричиной излома рельсовых плетей по дефекту 69. При крутильных деформациях плети клеммы скрепления КБ-65 с зажатыми до упора двухвитковыми шайбами, как уже говорилось, — это концентраторы напряжений по сечениям рельса возле клемм.
В статье «Управлять надежностью бесстыкового пути» (№ 7 за 1998 г.) сказано, что основная причина образования дефекта 69 — это постепенное насыщение водородом и увлажнение низа подошвы рельса в зоне ее контакта с прокладкой, что ведет к интенсивной коррозии подошвы рельса. А к изломам приводят поперечные усталостные трещины, возникающие в подошве рельсов из-за коррозионной усталости, в том числе из-за водородной хрупкости подошвы в результате циклического нагружения и увлажнения места контакта с резиновыми и фанерными прокладками. Такая неправильная оценка первопричины дефекта 69 и завела путейцев в тупик, из которого мы не можем выйти вот уже тридцать лет!
Коррозия подошвы рельса и водородное охрупчивание продуктов коррозии в скреплении, конечно же, имеют место. Вода, попавшая между подошвой рельса и подрельсовой прокладкой, хорошо сохраняется длительное время и разлагается по формуле H2O <-> H + ОН. Растрескивание коррозионного слоя подошвы рельса под напряжением способствует развитию коррозионных и усталостных трещин, и в этом плане коррозия подошвы — причина весомая, существенная, но не главная.
Первопричина зарождения и развития дефекта 69 — перегрузка рельсовых плетей по клеммам рельсового сечения, возникающая при крутильных колебаниях и деформациях рельсов под поездной нагрузкой как следствие сборки рельсошпальной решетки с низкокачественными железобетонными шпалами. В этом случае в плети возникают местные дополнительные касательные напряжения, которые являются определяющими при изломах рельсов по дефекту 69. В соответствии с теорией наибольших касательных напряжений, упрощенный расчет напряжений в сечениях плети с перегрузкой производится по формуле
где т (тау) — касательные напряжения в плети в местах нерасчетного взаимодействия пути и подвижного состава.
Если диагноз поставлен неверно, то лечение не поможет. В связи с этим не выдерживают критики предложения В.С.Лысюка по предупреждению дефекта 69. Совершенно непонятно, зачем нужно заменять резинокордные подрель-соваые прокладки, которые пролежали в пути 12—15 лет, пропустили 600—800 млн. т груза и могут прослужить еще столько же. Из каких других материалов нужно изготовлять подрельсовые прокладки? И что за водоотталкивающие пластинки в скреплении рекомендуются? Почему не устраивает резинокорд и резина в качестве материала для таких прокладок? В статье «Управлять надежностью пути» ответов на эти вопросы нет. По моему мнению, на страницах журнала «Путь и путевое хозяйство» суждение о затронутой проблеме должны высказать все заинтересованные специалисты отрасли.
г. Нижний Новгород
